智能变电站层次化继电保护跳闸协调机制研究

周 卉

（国网湖北省电力有限公司检修公司，湖北 武汉 430050）

0 引 言

近年来，为了建设智能电网，提出了由间隔层保护、站域层保护和广域层保护组成的层次化保护的概念[1]。每一层的保护都是相互隔离的，也就是说每一层保护均具备保护判断逻辑，且均具备跳开断路器的能力[2]。为了能满足保护选择性与速动性，层次化保护各层之间的保护跳闸协调机制具有极高的研究价值。

1 各层继电保护动作时间配合关系

当系统内发生故障时，一般会由间隔层保护中的主保护完成对故障的快速切除。如果主保护发生拒动，则会由站域层保护会同广域层保护一起完成对故障的判断。站域层保护可以立马完成保护的动作跳闸出口，但是广域层保护决策只有通过站域层保护的辅助判断逻辑才能完成保护的动作跳闸出口[3]。比较两者发现，广域层保护需要使用广域范围内的通信信息，而获得的信息大部分是来自站域层保护，且覆盖区域广、延时相较站域层保护长。如果主保护失去效果，站域保护会马上根据站域信息中的保护判断完成对故障的切除，之后才由广域层保护完成后备保护的判断以达成对故障的切除。此外，站域层保护和广域层保护都对通信网络的可靠性有较高要求，如果通信网络发生故障，则需要由间隔层保护的简化后备保护完成一个较长延时后切除故障，实现最终必需切除故障的根本要求。综上所述，可以得到以保证各层继电保护动作时间关系：从故障开始，0～0.1 s内间隔层主保护动作切除故障；0.1～2.0 s内由站域层保护与广域层保护配合动作切除故障；1～5 s内如果上述保护均为切除故障，则由间隔层保护的简化后备保护来动作切除故障。

2 广域层保护下行决策的辅助判据

广域层保护需要接收广域信息，将众多信息结合以完成故障元件的判别，同时具备较高的容错能力。但是，广域层保护的容错只能实现对上行信息的容错，缺乏针对站域层保护收到的下行信息相对应的容错能力[4]。通常可以将信息错误分类成以下两类：信息决策错误与信息传输错误。需按照信息错误的分类，采取相应的解决措施。

2.1 信息决策错误

广域层继电保护作为后备保护的一部分，在主保护拒动时具有极其重要的责任。一方面希望广域层保护可以快速切除故障，另一方面又担心由于决策错误带来的扩大故障面积的严重结果。所以，当站域层保护实现广域层保护发出的下行决策信息时，必须经由辅助判据进行判断才能出口，以提升下行决策命令的可靠性。

针对具体情况，将站域层保护实现广域层保护发出的下行决策信息方式分为两类：

（1）在线路接地距离II段保护、相间距离II段保护或者零序III段保护动作时，如果收到广域层保护所发出的跳闸命令，站域层保护才会出口三相跳闸。

（2）如果上述线路保护皆未动作，则需要判断此时线路接地距离III段保护、相间距离III段保护或者零序IV段保护有无动作。以上保护一旦动作，站域层保护会将此刻的故障判据信息上传至广域层保护，广域层保护会再次对其进行判断。如果此时收到广域层保护发出跳闸命令，且线路接地距离II段保护、相间距离III段保护或者零序III段保护未动作，线路接地距离III段保护、相间距离III段保护或者零序IV段保护任何一个动作未返回，则经过一段延时出口三相跳闸。考虑到广域层保护历经了2次通信以及决策判断所用时间，广域层保护又需增快后备保护的动作速度，则整定延时时需要整定为小于任一III段保护所需动作时间一个时间阶梯。

2.2 信息传输错误

目前，所用通信技术较为发达，装置所收误码率相对较低，存在信息传输错误的可能性极小。但是，顾虑广域层保护范围相对较大，误动作带来影响较为严重，因此当站域层保护接收广域层保护的跳闸命令时，一方面需要依据针对决策错误设置的容错机制，另一方面又应该对传输机制使用一些提高其可靠性的办法，例如命令重复传输机制，针对跳闸命令重复发出多次，仅当在固定时间内的多次结果一致才会采取该命令。此外，可以使用特殊编码模式和校验数据包来保障所接收信息的正确。

3 复杂情况下的跳闸判据

由各层继电保护的动作时间配合关系可以发现，站域层保护与广域层保护需要一方面采集各自划分区域的信息，另一方面需要对信息完成保护判断，实现各自的故障判断[5]。当系统内发生故障，如果存在以下几种复杂情况，应根据辅助方案进行判断，以实现对故障元件判断可靠性的提升。

（1）站域层保护和广域层保护有多个元件判断故障；

（2）站域层保护和广域层保护元件判断结果不同。

当出现以上两种情况时，需要站域层保护收集站域信息，根据新判据实现二次判断来完成对故障的真实决策。二次判断的对象相对一次判断没有变化，因此可以直接使用一次判断的部分有用数据。

当环网中支路出现故障时，如果各站之间的通信保持正常，通过各变电站之间的站间通信，根据故障方向的比较判断易得出有效故障元件。但是，一旦站间通信发生故障，此时只能使用站内信息，应该根据多种判据进行综合决策。

（1）比较故障支路的故障电流。理论上，当系统内故障时，故障支路的故障电流最大，其余支路的电流相对较小。单电源网络中，将各序电流突变量相互比较，可有效实现对故障元件的判断。

（2）比较故障方向。树形网络中，根据故障方向可直接判断故障元件，环网和双回路网络中需要添加额外判据综合判断。

（3）比较测量阻抗。离故障点越近，获得的测量阻抗越小。

4 结 论

针对层次化保护的保护特点，确定各层继电保护的动作时间配合关系，并针对站域层保护与广域层保护之间跳闸决策的配合要求，研究广域层保护下行决策的辅助判据和复杂情况下的跳闸判据，提高层次化保护的跳闸可靠性。